为了实现对液态环境中微球三维位置的快速精密测量, 尤其是轴向的测量分辨力和速度, 基于离焦成像测量理论, 结合并改进象限插值法和矢径投影算法, 提出了一种新的方法, 实现了对微球三维方向1 nm测量分辨力的跟踪测量。该方法测量效率高, 对单个粒子轴向位置的测量速率最快达到每秒上百帧甚至更高。进一步讨论了横向位置测量误差对轴向测量分辨力的影响, 分析了轴向方向大范围的跟踪测量分辨力。通过和相同实验条件下的互相关方法对比, 说明该方法在实际测量中具有可行性, 在实现相同轴向测量分辨力的情况下测量效率更高。

利用光程差变化信息对红外干涉图进行非线性校正可以有效降低干涉仪动镜非匀速运动对傅里叶变换红外光谱仪性能的影响。在合成正交相位解调的光程差信息反演方法基础上, 建立了基于该方法的红外干涉图非线性校正 FTIR光谱仪仿真模型。对该模型的性能参数进行了仿真分析, 仿真结果表明了合成正交相位解调方法的有效性。

为了解决可调谐激光二极管吸收光谱气体传感器在开放光路气体测量中, 激光吸收光谱信号受到大气湍流的影响, 使光谱信号幅度随大气湍流的波动而改变造成获取的气体吸收光谱信号形状发生畸变问题, 改善湍流对激光吸收光谱信号的影响, 提高信号检测灵敏度, 采用改变激光波长扫描频率的办法进行了理论分析和实验验证, 当激光波长扫描频率为2kHz时, 吸收光谱相邻周期间的信号均方误差小于0.1。结果表明, 该方法可以有效地改善激光吸收光谱信号受大气湍流的影响。

水体中污染物质在受到光激发时，不仅发出荧光，而且对荧光具有吸收作用，因此在应用荧光光谱定量分析水体多种污染成分时，导致分析结果不够准确。结合三维荧光光谱技术和PARAFAC算法，提出了一种用于多组分分析的非线性浓度校准模型，通过标样数据估计物质之间对荧光的吸收校准参数，应用于浓度反演中。实验结果表明，运用这种非线性的浓度校准模型可以改善多组分分析的性能，提高分析精度。

设计了基于多波长LED阵列为激发光源的三维荧光光谱系统,利用单片机AT89C52控制LED阵列和光谱仪的步进电机,实现了数据的实时采集和光谱的实时显示.通过对3种荧光物质的12个不同浓度的样品进行荧光光谱测量,并对所得的数据组成的EEM谱进行解析,计算出各样品的浓度与实际浓度相符,验证了本系统在多组分分析中的可行性,同时LED光源的应用将为分析仪器的小型化和便携式提供新的发展方向.

以355 nm激光为激发光源,在实验室中利用激光诱导荧光(LIF)方法对不同水体中溶解有机物(DOM)的荧光光谱进行了测量,并以最小二乘法-高斯拟合对水体荧光光谱进行了拟合,解卷积得出了水喇曼散射谱及DOM的荧光光谱.在改变激发光脉冲强度的条件下,以一定浓度腐殖酸溶液为测量样品分析了DOM的荧光饱和特性.结果表明,随着激发光功率密度的增加,水喇曼散射强度线性增加,而DOM的荧光强度随着激发光功率密度的增加先是线性增加,此时归一化荧光强度为一恒定值.当激发光功率密度大于55 mW/cm2时,荧光强度增加缓慢,归一化荧光强度则逐渐降低.研究发现,在有机物浓度较高时,出现了激发态分子间的单重态-单重态猝灭,并且在低浓度情况下,随着有机物浓度的增加,出现了有机物荧光峰值强度位置的红移并伴有波形的展宽.

用Nd∶YAG激光器的三倍频355nm光作为激发光源，根据激光诱导荧光(LIF)方法激发并探测污染水体的荧光光谱．通过对荧光光谱的分析处理研究归一化荧光强度，即450nm处水中溶解有机物(DOM)峰与405nm处水的拉曼峰的比值，反演溶解有机物浓度．用商品腐殖酸和去离子水配置成已知浓度的溶液代替标准DOM溶液进行标定，得到回归方程．结果证明，DOM的归一化荧光强度与水体中DOM浓度有较好的线性关系，因此LIF方法是对大面积水域水质进行动态遥测的较理想方法．

在紫外光的激发下，污染水体中的溶解有机物(DOM)会产生特定的荧光光谱，因此利用激光诱导荧光(LIF)可对水体中的溶解有机物的含量进行定量分析，从而可估计出水体富营养化的程度。提出了一种用于对水质遥测数据进行定量分析的方法，这是一种基于遗传算法(GA)的光谱分离算法。首先确定拉曼散射信号和溶解有机物的荧光在404nm波段的信号强度，然后再利用拉曼散射信号对DOM荧光光谱进行归一化处理。根据浓度校准曲线可得到水体中的溶解有机物的浓度。

应用荧光光谱技术分析水中污染物的含量具有灵敏度高、检测速度快等优点，三维荧光光谱技术可以提供在普通的荧光光谱中所得不到的信息，此技术可以用于多组分同时测量。讨论了如何运用三维荧光光谱技术分析水中污染物的成分，计算其含量，并给出了有效的荧光光谱特征数据库建立、多组分分析和浓度反演的数学模型。

植物氮素含量与可见光和近红外光反射系数的比具有很好的相关性，因此利用光谱反射系数可以测定植物氮素含量，为合理的施用养分提供依据。详细讨论了所研制的基于LED光源的植物氮素含量光谱探测仪的设计原理和实现方法，对测量结果进行了分析讨论，结果表明研制的双波长植物氮素含量探测仪满足测量要求。